生物酶法从羊皮下脚料中回收羊毛纤维的研究

刘春茂1、曹干荣1、魏志敬2、吴芳桐1、赵露1、郑翔1

（1.天元二手物资，河北保定；2.河北省科学院生物研究所，河北石家庄）

摘要：针对皮革生产中羊皮边角料的资源化利用问题，建立了生物酶法清洗回收羊毛纤维工艺。采用正交实验和综合指数计算方法对复合酶制剂的添加量和酶解过程进行评价。优化。分析了酶法回收的羊毛纤维与天然羊毛纤维在鳞片结构和物理性能方面的差异。结果表明：在35℃下，分别加入0.5 g/100 mL碱性蛋白酶、1 g/100 mL淀粉酶和0.1 g/100 mL脂肪酶的复合酶制剂，调节浴液pH值至9.0、5h后，可将羊皮下脚料中的羊毛纤维分离出来，回收利用，得到可用于纺织的羊毛纤维。

关键词：羊皮下脚料；酶制剂；规模结构

0 简介

皮革加工业是一个古老的制造业，需要经过数十道工序才能将原料皮革转化为加工皮革制品，包括鞋类、箱包、服装等[1]。在这个过程中，只有约30%的原料皮被利用，其余大部分都作为固体废物被丢弃[2]。这些固体废物主要是原皮革修边下脚料、灰皮边角、削皮边角料等[3]。据不完全统计，我国每年加工猪、牛、羊等皮革1.7亿张，产生废皮约70万吨边角料回收，其中生皮下脚料中含有大量的羊毛纤维资源。

羊毛因其优良的品质被广泛应用于许多商品和豪华服装中，并具有巨大的市场价值[4]。目前，在实际生产中，羊皮边角料的处理多采用手工刀剪方法回收羊毛纤维，以提高其资源利用价值。手工剪毛法的优点是可以保证羊毛纤维的原有品质，但缺点是长度短、产量低，且人工成本的并入降低了利润[5]。酶具有良好的生物相容性，可用于制革固体废物的处理[6,7]。研究表明，经过蛋白酶处理的羊毛及其织物不仅可以获得抗毡缩性能，而且可以提高光泽度和白度[8]。

本研究以羊皮下脚料为原料，采用生物酶法从羊皮下脚料中回收羊毛纤维。通过分析羊毛纤维的基本性质和尺度结构，建立了清洁的羊毛纤维回收工艺，以改善制革固废。为资源利用提供一些新思路。

1 材料与方法 1.1 试验材料

羊皮下脚料来自天元的二手材料生产车间。

1.2 主要试剂

碱性蛋白酶、中性蛋白酶、淀粉酶购自天元二手料；菠萝蛋白酶、胃蛋白酶购自天元二手料；胰蛋白酶购自天元二手料；脂肪酶购自天元二手料；胶原酶购自天元二手材料。天元二手材料，其他试剂均为分析纯。

1.3 测试方法

1.3.1 纤维白度

参见GB/T 17644-2008《纺织纤维白度和颜色试验方法》。样品混合后，用对角法取30g，除去沾色羊毛和黄染羊毛，抖落杂质。剩余净重不少于20gg

1.3.2 单纤维断裂强力和断裂伸长率

参照GB/T 13835.5-2009《兔毛纤维试验方法第5部分：单纤维断裂强力和断裂伸长率》，随机选取30根羊毛纤维，采用YG(B)001A型电子单纤维强力机进行测试。试验夹距为20mm，拉伸速度为10mm/min，计算断裂强力和断裂伸长率，并计算平均值。

1.3.3 纤维长度和含油量

参照GB/T 13835.2-2009《兔毛纤维试验方法第2部分：平均长度和短毛比的手整理法》，采用手拉长度试验法将纤维排列在绒板上，直至一端齐平，另一端从左边到右边按长度顺序排列的小束，画出图表，计算出三组纤维的平均长度和短毛比例。参照GB/T 13835.8-2009《兔毛纤维试验方法第8部分：乙醚提取物含量》，采用索氏油脂提取装置用乙醚反复提取，提取物干燥称重，计算出三者的含油量。纤维组。

1.3.4 纤维表面形貌

随机取样羊毛纤维，分别用光学显微镜和电子显微镜观察纤维表面形貌和鳞片层的变化。

1.3.5 单酶制剂的筛选

将羊皮下脚料用自来水充分清洗，除去杂质和附着物，切成10×10cm2的羊皮方块。按一定量加入胶原酶、碱性蛋白酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶至250mL。在锥形瓶中，水溶液中总酶活力为20 000 U。具体添加比例见表1。皮片在35℃、100 r/min下振荡6 h。收集并漂洗羊毛纤维。自然风干后，测量回收的羊毛纤维的白度、断裂强力和断裂伸长率。

表1 不同酶制剂的酶活及用量

表2 复合酶制剂正交试验因子水平表

1.3.6 复合酶制剂的筛选

当正交试验存在多个指标，且各指标之间存在矛盾和不可比性时，试验数据的处理和结果评价就会变得复杂和困难。引入综合指标计算方法，简化多指标正交实验的分析。首先根据式（1）对各指标数据进行标准化处理，然后根据各因素的主次影响赋予不同的权重系数，从而得到综合指标。

纤维白度、断裂强力、断裂伸长率是评价指标。各指标评价指标的计算公式如下：

(1)

式中：Xij为第i组羊毛纤维第j个指标的评价指标； ；Xmin为9组羊毛纤维第j项指数测量值中的最小值。

设第i组羊毛纤维的第j个因素的评价指标为Xij，第j个因素的权重系数为aij，则第i组羊毛纤维指标的综合指数Ri是：

(2)

由于筛选酶制剂的主要目的是回收可用于纺织品的羊毛纤维，因此重点关注纤维的白度、断裂强力和断裂伸长率。其中断裂强力和断裂伸长率对纺织纤维影响较大。白度对纺织纤维的影响较小。因此，主观加权纤维白度系数为0.2，断裂强力系数为0.4，断裂伸长系数为0.4。对羊毛纤维指标进行综合评价，对标准化值进行加权求和，得到综合指数。利用综合指标进行正交试验分析。综合指数越高，羊毛纤维的质量越好。羊毛纤维的综合指数计算公式为：

羊毛纤维综合指数=0.2×纤维白度+0.4×断裂强力+0.4×断裂伸长率

1.4 水解工艺的建立

1.4.1 水解液pH值的筛选

选取5×5 cm2生皮用水浸泡保鲜，加入复合酶制剂，液体体积为100 mL，35°pH值设置为6、7、8、9、10 C.酶解5小时后，收集羊毛纤维，洗涤并干燥，测量回收的羊毛纤维的白度、断裂强力和断裂伸长率，以确定酶解的最佳p​​H值。

1996年，国家公布的公共管理一级学科设置了行政管理、社会保障、教育经济与管理、社会医学与卫生管理、土地资源管理5个二级学科或专业。保险学、劳动经济学等经济学一级学科属于公共管理学科。由于目前我国公共管理二级学科的划分是基于横向分工，因此以前划分为不同的一级学科。这使得公共管理呈现出多学科交叉融合的特点。政治学必须纳入教学计划。经济学、管理学、社会学等学科基础知识都有涉及。如果没有导师的个性化指导，学生就无法集中精力掌握某一学科的方法进行学科研究和科研创新。

1.4.2 水解温度的筛选

选取5×5cm2生皮用水浸泡回鲜，加入复合酶制剂，液量为100mL，调节水解液pH值为9，在25℃下进行酶处理，分别为 30°C、35°C、40°C 和 45°C。分解5小时后，收集羊毛纤维，洗涤并干燥，测量回收的羊毛纤维的白度、断裂强力和断裂伸长率，以确定最佳酶解温度。

1.4.3 浴液配比的筛选

选取5×5cm2的生皮用水浸泡提鲜，加入复合酶制剂，在35℃下进行酶解。水解液pH值设定为9，浴液比分别设定为1:1、1:2、1:3。 1：4、1：5，结合毛纤维缠结程度，确定最佳浴液配比。

1.4.4 水解时间的筛选

选取5×5cm2生皮用水浸泡保鲜，加入复合酶制剂，液量为100mL，在35℃下酶解。设置水解液pH值为9，酶解时间为2 h、3 h、4 h、5 h、6 h，结合毛发纤维剥离的难度，确定最佳酶解时间。

2 结果与讨论 2.1 单一酶制剂对羊毛纤维品质的影响

2.1.1 不同酶制剂作用下的纤维白度

羊毛纤维的白度直接影响织物的亮度。白度越高，织物的浅色染色效果越好[9]。从图1可以看出，加入不同的酶制剂后，羊毛纤维的白度是不同的。其中添加胰蛋白酶的纤维白度值最低，而其他酶制剂也有类似效果，其白度在60%～70%之间。在效果相当并综合考虑生产成本的情况下，选择价格低廉的淀粉酶作为回收羊毛纤维的酶制剂。

2.1.2 不同酶制剂作用下羊毛纤维的断裂强力

纤维长度直接影响纤维的加工性能和使用价值，因此断裂强度是纤维性能的重要检测项目[10]。从图2可以看出，添加不同酶制剂后，胰蛋白酶对纤维断裂强力影响较大，纤维在胰蛋白酶作用下断裂强力较低。碱性蛋白酶对纤维断裂强力影响不大。碱性蛋白酶处理后的羊毛纤维的断裂强度与原毛相似边角料回收，因此可以作为回收羊毛纤维的酶制剂。

图1 不同酶制剂作用下的纤维白度

图2 羊毛纤维在不同酶制剂作用下的断裂强力

图3 羊毛纤维在不同酶制剂作用下的断裂伸长率

2.1.3 不同酶制剂作用下毛发纤维分裂伸长率

纤维的强拉伸性是其重要性能，关系到纤维的使用寿命，是考核纤维力学性能的重要指标[11]。从图3可以看出，在碱性蛋白酶的作用下，纤维的断裂伸长率为32.4%。与其他酶制剂相比，碱性蛋白酶对纤维断裂伸长率的影响最小。它适合作为回收羊毛纤维的酶。准备。

2.2 复合酶制剂对羊毛纤维品质的影响

通过单因素筛选，确定碱性蛋白酶和淀粉酶适合用于羊毛纤维的回收。由于酶制剂发挥作用时需要穿过羊皮和肉表面，为了保证碱性蛋白酶和淀粉酶能够更好地发挥作用，所以添加脂肪酶来回收羊毛纤维[12]。因此，以碱性蛋白酶（A）、淀粉酶（B）、脂肪酶（C）为影响因素，以纤维白度、断裂强力、断裂伸长率为评价指标，通过正交实验对复合酶进行评价，优化制剂的剂量。正交试验结果如表3所示。

碱性蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶在羊毛纤维的回收过程中发挥着不同的作用，它们都会影响纤维的质量。从极差分析结果可以看出，选择不同酶制剂回收羊毛纤维时，影响羊毛纤维质量的三个因素的优先顺序为：碱性蛋白酶>脂肪酶>淀粉酶。根据K值，得到最佳组合，即碱性蛋白酶添加量为0.5 g/100 mL，淀粉酶添加量为1 g/100 mL，脂肪酶添加量为0.1 g/100 mL。 100 毫升。该工艺条件下，每吨羊皮屑浴液中三种酶制剂的添加量为碱性蛋白酶5公斤、淀粉酶10公斤、脂肪酶1公斤。

表3 正交试验表

2.3 水解工艺的建立

2.3.1 pH值对羊毛纤维品质的影响

根据综合指数分析法，将羊毛纤维白度、断裂强力和断裂伸长率的加权系数分别设定为0.2、0.4和0.4。不同pH值下羊毛纤维品质的综合指数计算结果如图4所示。从图4可以看出，当溶液的pH值为9时，回收的羊毛纤维的综合指数最高，表明羊毛纤维的质量最好。因此，选择水解液的初始pH=9作为水解液的最佳条件。

2.3.2 温度对羊毛纤维品质的影响

根据综合指数分析方法，将羊毛纤维白度、断裂强力和断裂伸长率的权重系数分别设定为0.2、0.4和0.4。计算出不同温度处理下羊毛纤维品质的综合指数如图5所示。

图4 不同pH条件下羊毛纤维品质评价

图5 不同温度下羊毛纤维品质评价

从图5可以看出，当水解液温度为35℃时，回收的羊毛纤维的综合指数最高，羊毛纤维的质量最好。因此，选择35℃作为羊毛纤维回收的最佳温度。

表4 不同浴液配比的羊毛卷曲情况

注：+++表示严重缠绕； ++表示最纠缠； +表示有少量的缠结； - 表示没有纠缠。

2.3.3 浴液配比对羊毛纤维品质的影响

对羊毛羊皮片进行酶处理时，为了保证酶制剂充分渗透到羊皮中，在酶解过程中会轻微振动。浴液比低的羊毛在摇动过程中会缠结在一起，难以分离，影响后续纺纱。从表4可以看出，随着浴比(w/v)的增加，羊毛缠结程度减轻。当浴比为1：4和1：5时，羊毛纤维缠结程度最低，基本没有缠结。折算后，加工1t含毛羊皮块所需酶制剂成本价见表4。综合生产成本最终确定浴液配比为1：4。

2.3.4 水解时间对羊毛纤维品质的影响

羊毛之所以能在羊皮上牢固地生长，是因为毛囊、毛干和毛根之间有粘蛋白的粘附。为了使毛发纤维与皮肤分离，必须破坏其结构以使毛发松弛并与皮肤分离。从表5可以看出，添加复合酶制剂后，随着水解时间的增加，毛纤维与皮片的分离程度呈现上升趋势。水解时间为5小时后，大部分毛发即可达到自然脱落的状态。如果时间继续延长，羊毛可能会卷曲，品质可能会受到损害。因此，回收羊毛纤维的水解时间设定为5 h。

表5 不同时间羊毛纤维剥离情况

注：++表示可以用力拔出； +++表示稍用力即可拔出； ++++表示轻轻一推就可以拉下来； +++++ 意味着大多数头发都会自然脱落。

2.4 羊毛纤维表面形貌观察

在制作毛纺织品的过程中，毛纤维被鳞化，这个过程称为丝光。丝光处理可以增强染色时纤维的附着力，还可以使织物光泽亮丽、尺寸稳定。因此，用于纺织品的毛纤维在丝光前需要保证鳞片结构的完整性，否则会影响织物的质量。

通过光学显微镜和电子显微镜观察原羊毛纤维和酶法回收羊毛纤维的外观，如图6所示。结果表明，酶法回收羊毛纤维的鳞片结构与原羊毛纤维的鳞片结构没有明显差异。原始羊毛纤维，形状规则，呈圆形。完整地包裹在纤维表面。表明生物酶法回收的羊毛纤维品质与原毛相同，可用于纺织品。

图6 不同酶制剂处理后的原毛及毛纤维鳞片在显微镜下的结构

2.5 与原毛性能比较

表6 不同处理的羊毛纤维性能比较

羊毛纤维长度是评价纤维等级的重要指标，决定着加工工艺和参数的选择。长度越长，可以纺出质量越高、纱支越细、强度越高的纱线。使用手动方法测量羊毛纤维长度（表6）。从表6可以看出，酶法回收的羊毛纤维的短毛率略高于天然羊毛，且平均长度差异不明显。这可能是由于酶法回收的羊毛全是羊毛。与此相关的是，用刀剪法回收羊毛时，部分细毛无法收集，因此大多存在长毛。羊毛纺纱过程中，需要清理羊毛纤维表面的油脂，以利于更好的纺纱。酶法回收的羊毛含油量低于天然羊毛。这可能与酶制剂的添加有关。有些酶制剂可以水解羊毛纤维表面的油脂，使其更好地用于纺织品的制备。

3 结论

本文采用生物酶法从制革废弃羊皮边角料中回收羊毛纤维，建立了制革废弃物资源化利用工艺。在35℃条件下，将0.5g碱性蛋白酶、1g淀粉酶和0.1g脂肪酶复合酶制剂加入100mL浴液中，调节浴液pH值至9.0，使用前轻轻摇匀5小时。将羊皮下脚料的毛皮分离得到羊毛纤维。对回收的羊毛纤维进行白度、断裂强力、断裂伸长率、平均长度等性能的比较，可以明显看出，生物酶法回收的羊毛纤维与天然羊毛没有显着差异，通过比较规模羊毛纤维鳞片结构与天然羊毛鳞片结构一致，排列整齐，可用于纺织。该研究为制革废弃物资源化利用提供了新途径。

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对羊毛的研究

刘、曹、魏、吴、赵露1、郑

（1..，有限公司，中国；2.，es，081，中国）

：为了从 、 和 方面进行测试和指标。水垢与毛毛的比值表明，在35℃、0.5 g/100mL、1 g/100mL、0.1 g/100mL的浓度下，浴液pH值至9.0。 5个小时后，羊毛就可以从 变成可以使用的羊毛了。

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